BÀI tập lớn cơ sở TRUYỀN ĐỘNG điện

BÀI TẬP LỚN CƠ SỞ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Bài tập lớn Cơ sở truyền động điện số 23:
Cho:
P
đm
= 2.5 kW = 2.510
3
W
U
đm
= 220 V
n
đm
= 1000 vòng/phút
đm
η
= 0.8
m = 3
Yêu cầu:
1. Xây dựng đặc tính cơ tự nhiên
2. Xây dựng đặc tính cơ nhân tạo
- Khi R
f
= 2,35R
đm
- Khi Φ = 0,8Φ
đm
3. Tính toán R
KĐ
qua m cấp
4. Tính toán R

hãm
(động năng hoặc nối ngược) từ 1 điểm làm việc định
mức (ω
đm
, M
đm
) với điều kiện I
hbđ
= 2.5I
đm
.
5. Đề xuất sơ đồ điều khiển tự động khởi động hoặc hãm.
6. Thuyết minh nguyên lý hoạt động của sơ đồ trên.
Bài làm:
1. Xây dựng đặc tính cơ tự nhiên:
• Phương trình đặc tính cơ:
0
2
.
( )
u P
R R
U M
M
K K
φ φ
ω ω
β
+
= − = −

Với:
2
( )
u P
K
R R
φ
β
=
+
1
SINH VIÊN: TRẦN VĂN SÁNG. LỚP DTT52 – DH2
BÀI TẬP LỚN CƠ SỞ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
• Vì đường đặc tính cơ tự nhiên là đường thẳng nên khi xây dựng ta
chỉ cần xác định 2 điểm đặc biệt: Điểm không tải và điểm làm việc
định mức.
- Điểm không tải có tọa độ [M = 0; ω = ω
0
]
I
đm
=
đmđm
đm
U
P
η
=
8,0.220
10.5,2

3
= 14,2 (A)
R
u
=
2
1
(1 -
đm
η
)
đm
đm
I
U
=
2
1
(1 – 0,8)
2,14
220
= 1,55 (Ω)
Tốc độ định mức:
ω
đm
=
55,9
đm
n
=

55,9
1000
= 104,71 (rad/s)
 kΦ
đm
=
đm
uđmđm
RIU
ω
−
=
71,104
55,1.2,14220 −
= 1,89
Tốc độ không tải lý tưởng:
ω
0
=
đm
đm
K
U
φ
=
89,1
220
= 116,4 (rad/s)
 Điểm không tải: A [0; 116,4]
- Điểm định mức có tọa độ: [M = M

đm
; ω = ω
đm
]
Mô men định mức:
M
đm
=
đm
đm
P
ω
=
71,104
10.5,2
3
= 23,88 (N.m)
 Điểm định mức: B [23,38; 104,71]
- Vẽ đồ thị:
2
SINH VIÊN: TRẦN VĂN SÁNG. LỚP DTT52 – DH2
BÀI TẬP LỚN CƠ SỞ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
( )
/rad s
ω
( )
M Nm
0
10
20

30
40
A
B
23,38
2. Xây dựng đặc tính cơ nhân tạo:
• Khi R
f
= 2,35 R
u
:
Vì đường đặc tính cơ nhân tạo là đường thẳng nên khi xây dựng ta
chỉ cần xác định 2 điểm đặc biệt: Điểm không tải và điểm làm việc
định mức
- Điểm không tải có tọa độ: [M = 0; ω = ω
0
] = [0; 116,4]
- Điểm định mức tọa độ: [M
đm
; ω
ntđt
]
R
f
= 2,35 R
u
= 2,35.1,55 = 3,64 (Ω)
ω
ntđt
=

đm
fu
đm
đm
M
k
RR
k
U
2)(
φφ
+
−
=
88,23
89,1
64,355,1
89,1
220
2
+
−
= 81,71 (rad/s)
 Điểm định mức: C [23,88; 81,71]
- Vẽ đồ thị:
3
SINH VIÊN: TRẦN VĂN SÁNG. LỚP DTT52 – DH2
104,7
116,4
BÀI TẬP LỚN CƠ SỞ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

( )
/rad s
ω
( )
M Nm
0
10
20
30
40
A
B
23,38
C
• Khi Φ = 0,8Φ
đm
Vì đường đặc tính cơ nhân tạo là đường thẳng nên khi xây dựng ta
chỉ cần xác định 2 điểm đặc biệt: Điểm không tải và điểm làm việc
định mức
- Điểm không tải có tọa độ: [0; ω
x0
]
ω
x0
=
50,145
89,1.8,0
220
.8,0
===

đm
đm
x
đm
k
U
k
U
φφ
(rad/s)
 Điểm không tải: [0; 145,50]
- Điểm làm việc định mức ứng với M
đm
ta cần xác định độ sụt tốc độ
tương ứng:
∆ω
tndm
=
19,16
)89,1.8,0(
55,1.88,23
)8,0()(
222
===
đm
uđm
x
uđm
k
RM

k
RM
φφ
(rad/s)
∆ω
ntdm
=
∆ω
tndm
2








x
đm
φ
φ
=
∆ω
tndm
2
8,0









đm
đm
φ
φ
=
19,16
)/(3,25
8,0
1
2
sRad=






- Vẽ đồ thị:
4
SINH VIÊN: TRẦN VĂN SÁNG. LỚP DTT52 – DH2
104,7
81,71
116,4
BÀI TẬP LỚN CƠ SỞ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
( )

/rad s
ω
( )
M Nm
0
20
23,38
ntdm
ω
∆
tndm
ω
∆
3. Tính 3 cấp R
KĐ
- Tính R
KĐ
bằng phương pháp giải tích:
R
1
= R
u
+ R
f1
R
2
= R
u
+ R
f1

+ R
f2
…………………
R
m
= R
u
+ R
f1
+ R
f2
+… + R
fm
Tỉ số:
1
1 1
2 1 2
m m
m m u
R R
I R
I R R R
λ
−
− −
= = = =
Đặt
1
2
I

I
λ
=
: Bội số dòng khởi động.
R
1
=
λ
.R
u
R
2
=
λ
.R
1
=
2
λ
.R
u
…………………
R
m
=
m
λ
.R
u
Các giá trị của R

p
:
R
f1
= R
1
– R
u
= (
λ
-1).R
u
5
SINH VIÊN: TRẦN VĂN SÁNG. LỚP DTT52 – DH2
145,5
116,4
BÀI TẬP LỚN CƠ SỞ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
R
f2
= R
2
– R
1
= (
λ
-1).R
1
=
λ
(

λ
-1).R
u
…………………
R
fm
=
1m
λ
−
.(
λ
-1).R
u
- Tính toán R
fKĐ
:
 Để đảm bảo điều kiện phát nóng của động cơ và để không làm
giảm thời gian khơi động ta chọn:
I
2
= 1,1.I
đm
= 1,1.14,2 = 15,62 [A]
Ta có:

2
.
dm
dm

m
u u u
U
U
R
I
I
R R R
λ
= =
1
2 2
. .
m
dm dm
m
u u
U U
I R I R
λ λ
λ
+
=> = => =
Theo đầu bài: m=3
74,1
55,1.62,15
220
13 =+=
λ
Có:

18,2762,15.74,1.
21
2
1
====>= II
I
I
λλ
[A]
- Giá trị của R
KĐ
:
147,155,1).174,1().1(
1
=−=−=
uf
RR
λ
[Ω]
255,1).174,1.(74,1).1(
2
=−=−=
uf
RR
λλ
[Ω]
47,355,1).174,1.(74,1).1.(
22
3
=−=−=

uf
RR
λλ
[Ω]
- Đồ thị đặc tính qua 3 cấp R
KĐ
:
6
SINH VIÊN: TRẦN VĂN SÁNG. LỚP DTT52 – DH2
BÀI TẬP LỚN CƠ SỞ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
,M I
ω
0
2
I
1
I
DTCTN
a
b
c
d
e
fg
h
i
1f
2f
3f
0

ω
4. Tính toán R
hãm
(động năng hoặc nối ngược) từ 1 điểm làm việc định
mức (W
đm
, M
đm
) với điều kiện I
hbđ
= 2,5I
đm
Theo giả thuyết ta có I
đmhbđ
I5,2
=
nên M
hbđ
= 2,5M
đm
Đặc tính cơ khi hãm động năng:
ω
0
ω
A
D
B
0
M
dm c

M M
=
2,5
hbd dm
M M
=
E
Dòng hãm ban đầu:
7
SINH VIÊN: TRẦN VĂN SÁNG. LỚP DTT52 – DH2
BÀI TẬP LỚN CƠ SỞ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
)(57,5
2,14.5,2
9,197
)(9,19771,104.89,1.
Ω=
−
=
−
=+
===
+
−
=
hbd
udm
hu
đmđmm
nu
udm

hbđ
I
E
RR
VKE
RR
E
I
ωφ
 R
h
= 5,57 - R
u
= 5,57 – 1,55 = 4,02 (Ω)
5. Đề xuất sơ đồ điều khiển tự động khởi động hoặc hãm:
• Sơ đồ:
8
SINH VIÊN: TRẦN VĂN SÁNG. LỚP DTT52 – DH2
BÀI TẬP LỚN CƠ SỞ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
3th
R
2th
R
3f
R
2f
R
1f
R
CD

CD
h
R
CC
CC
KD
D
K
1K
2K
3K
3th
R
2th
R
1th
R
kt
R
/D C
1th
R
a
K
b
K
1
K
2
K

1K
2K
3K
h
K
W
kt
9
SINH VIÊN: TRẦN VĂN SÁNG. LỚP DTT52 – DH2
BÀI TẬP LỚN CƠ SỞ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
• Các phần tử trong mạch:
- D/C: Động cơ một chiều kích từ độc lập.
- W
kt
: Cuộn kích từ.
- R
f1
, R
f2
, R
f3
, R
4f
: Các điện trở phụ dùng để hạn chế dòng khởi động
của động cơ.
- K: Công tắc tơ dùng đóng cắt nguồn một chiều cung cấp cho
mạch phần ứng động cơ.
+ K
a
, K

b
, K
1
: Các tiếp điểm thường mở của công tắc tơ K.
+ K
2
: Tiếp điểm thường đóng của công tắc tơ K.
- 1K, 2K, 3K, 4K: Công tắc tơ gia tốc
- R
th1
, R
th2
, R
th3
, R
4th
: Các rơ le thời gian có các tiếp điểm thường
đóng đóng chậm, mở nhanh.
- CD: Cầu dao.
- CC: Cầu chì.
- KD: Nút ấn khởi động.
- D: Nút ấn dừng.
6. Thuyết minh nguyên lý hoạt động của sơ đồ điều khiển tốc độ khởi
động hãm động cơ một chiều kích từ độc lập.
• Quá trình khởi động:
- Đóng cầu dao CD, nguồn một chiều được nối vào mạch điều
khiển. Lúc này rơ le R
th1
được cấp điện và mở nhanh tiếp điểm
thường đóng R

th1
.
- Ở thời điểm t = 0 là thời điểm ấn nút KĐ, cuộn dây công tắc tơ
(CTT) K được cấp điện và sẽ tác động đóng các tiếp điểm thường
mở và mở các tiếp điểm thường đóng:
+ Các tiếp điểm thường mở K
a
, K
b
đóng, cấp điện cho mạch động
lực, đồng thời đóng K
1
để duy trì cho nút KĐ.
+ Mở tiếp điểm thường đóng K
h
cắt điện trở hãm ra khỏi động cơ.
+ Tiếp điểm K
2
mở, ngắt điện Rơ le R
th1
.
+ Các rơ le R
2th
, R
3th
, R
4th
có điện mở nhanh các tiếp điểm thường
đóng R
2th

, R
3th
, R
4th
 Lúc này động cơ bắt đầu hoạt động với toàn bộ điện trở phụ
trong mạch Roto R
f1
, R
f2
, R
f3
.
10
SINH VIÊN: TRẦN VĂN SÁNG. LỚP DTT52 – DH2
BÀI TẬP LỚN CƠ SỞ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
- Ở thời điểm t = t
1
(t
1
là thời gian chỉnh định R
f1)
, sau khi Rơ le R
1th

mất điện một thời gian t
1
tiếp điểm thường đóng (đóng chậm,
mở nhanh) R
th1
đóng lại làm cho cuộn dây 1K có điện, tiếp điểm

1K đóng lại:
+ Loại điện trở R
1f
ra khỏi mạch và động cơ chuyển sang khởi
động trên đặc tính thứ hai với điện trở phụ R
f2,
R
f3,
+ Làm cho rơ le R
2th
bị mất điện do dòng điện sẽ chạy qua 1K và
không chạy qua rơ le R
2th
nữa.
- Đến thời điểm t = t
2
(t
2
là thời gian chỉnh định R
f2
) sau khi rơ le
R
th2
bị ngắt điện một thời gian tiếp điểm đóng chậm R
th2
đóng lại
làm cho cuộn dây 2K có điện, tiếp điểm 2K đóng lại:
+ Loại điện trở phụ R
f2
ra khỏi mạch. Động cơ chuyển sang khởi

động trên đặc tính thứ 3 với R
f3
.
+ Làm cho rơ le R
3th
bị mất điện
- Đến thời điểm t = t
3
(t
3
là thời gian chỉnh định R
f3
), sau khi rơ le
R
th3
ngừng hoạt động một thời gian, tiếp điểm thường đóng R
th3

đóng lại, cuộn dây 3K có điện, làm cho tiếp điểm 3K đóng lại:
+ Tác động nối ngắn mạch tách điện trở phụ R
f3
ra khỏi mạch và
động cơ khởi động trên đặc tính cơ tự nhiên tiến tới điểm làm
việc ứng với giá trị Mô men tải. Quá trình khởi động kết thúc.
• Quá trình hãm:
Khi ta muốn hãm động cơ, ấn nút D => cuộn dây CTT K mất điện
các tiếp điểm K
a
, K
b

mở ra cắt phần ứng ra khỏi lưới, K
h
tác động
làm đóng kín mạch qua điện trở R
h
=> quá trình hãm động năng
kích từ độc lập bắt đầu giảm dần tốc độ động cơ.
11
SINH VIÊN: TRẦN VĂN SÁNG. LỚP DTT52 – DH2